TWI408708B - 具有線圈終端夾持器之表面黏著磁芯 - Google Patents

Description

具有線圈終端夾持器之表面黏著磁芯

本發明概言之係關於包括磁芯之表面黏著電子元件之製造，具體言之，本發明係關於具有金屬絲線圈之磁芯的表面黏著電子元件之製造。

在高度競爭之電子製造業中，對電子元件之製造製程已認真探討减少成本之方式。當所製造之元件係低成本、大體積元件時，尤其期望减少製造成本。在一大體積之元件中，任何製造成本之减少當然具重要性。在此使用之製造成本係指材料成本及勞動力成本，且製造成本之降低有益於消費者，且同樣有益於製造者。

大量電子元件例如變壓器及電感器包括至少一在該磁芯周圍佈置之繞組。例如，至少一種類型之電感器包括一捲繞於一環形鐵磁芯之導電線線圈，且該線圈之每一端部包括一用於將該電感器耦接至一電子電路之引線。由於該元件尺寸减小，且尤其對表面黏著元件而言，該線圈引線可能易於損壞且難於連接至一電路。因此，例如在一種類型之電感器中，一插頭總成黏性接結至磁芯，且該等線圈引線係於該插頭總成之終端周圍捲繞，以促進將該等線圈連接至外部電路。但是該插頭總成趨向增加該電子元件之成本及整體尺寸。在不斷小型化及低成本電子元件的時期，此插頭總成不合需要。

此外，當在易受機械衝擊及振動影響之環境中使用該等元件時，如果該線圈之易損壞電連接受震鬆動，則習知磁芯可能存在可靠性問題。因而期望提供一種磁芯總成，其更好地適合於苛求的工作環境，尤其是對衝擊及振動而言。

依照一典型實施例，提供一種表面黏著電子元件之磁芯總成。該磁芯總成包括一由一磁性可滲透材料製成且包括一上表面、一下表面及一使該等上表面及下表面相互連接之外側表面之磁芯。至少將一個線圈終端夾持器連接至該磁芯，且該夾持器在該等上表面、下表面及外側表面中至少兩個表面上延伸。

視需要，該表面黏著電子元件係一電感器，且該磁芯包括一具有一第一磁芯半部分、一第二磁芯半部分及其間之一間隙的環形部。該終端夾持器可以包括三角形表面其架構成用以黏著至一電路板。

依照另一典型實施例，提供一種表面黏著電子元件。該元件包括一鐵磁芯、至少一黏著至該磁芯且容納該磁芯之一部分之預先成型之終端夾持器、及一纏繞於該磁芯之線圈。該線圈包括至少一引線，且該引線係耦接至該終端夾持器。

在另一實施例中，提供一種表面黏著電子元件。該元件包括一鐵磁芯及一纏繞於該磁芯之線圈，該線圈包括至少一金屬絲引線。至少將一預成型終端夾持器黏著至該磁芯，且將該引線耦接至該終端夾持器。該夾持器包括一用以表面黏著至一電路板之"C"形導電片材料。

圖1及圖2分別係依照本發明之一典型實施例的一環形線圈及線圈總成10之一部分的俯視平面視圖及側面正視圖。在一實施例中，已經發現磁芯及線圈總成之優點尤其適用於電感器元件之製造。然而，應瞭解，本發明之此等優點同樣地適用於使用此磁芯及線圈總成之其它類型之元件，諸如廣泛使用於多種電子電路之變壓器元件。因此，由於包括環形線圈及線圈總成之電子元件通常獲益於本發明之益處，所以此處提出之描述僅係說明性目的，而非意欲將本發明之實務限制於任何特殊類型之電子元件或任何特殊終端使用應用。

總成10包括一磁芯12及一線圈14。依照本領域中已知之技術，磁芯12係由一已知磁性可滲透材料製造，例如在一實施例中之鐵磁體，且磁芯12包括兩個由一小間隙20分隔之大體相似之半部分16、18。磁芯半部分16、18之每一部分成型為熟習此項技術者熟知的環形形狀。在多個實施例中，磁芯12由導電材料及非導電鐵磁材料製成以滿足特定的性能目的。在其它實施例中，只要達到本發明之優點，磁芯12可以係熟習此項技術者熟知的其它形狀，包括(但不限於)"E"形狀磁芯及矩形磁芯。

在一實施例中，線圈14由一已知導電材料構成，且包括多個延伸且纏繞於線圈半部分16、18之表面之回轉線圈以達到一期望效果，諸如一用於一所選擇終端使用應用線圈及磁芯總成10之所需要電感值。在一說明性實施例中，線圈14由一導電金屬絲依照已知技術形成，且在其相對端部包括一第一引線13及一第二引線15(圖2)。如熟習此項技術者所瞭解，磁芯及線圈總成10之電感值，主要取決於線圈14中之金屬絲之匝數及該等線圈匝數在線圈半部分16、18上之分佈方式。其次，用於構成線圈14之金屬絲類型及金屬絲直徑可能影響該磁芯及線圈總成之電感值。如此，藉由改變線圈匝數、匝數之排列、金屬絲類型、及金屬絲直徑，可相當大地改變磁芯及線圈總成10之電感額定值。

依照已知方法和技術，用於構成線圈14之金屬絲可以被塗上瓷漆塗層、聚胺基甲酸酯尼龍塗層、聚酯塗層及類似物以改良線圈14之結構及功能方面，並改良線圈14之可靠性。

在一典型實施例中，磁芯12包括導電終端夾持器22及24，導電終端夾持器22及24耦接至每一各別磁芯半部分16、18以促使線圈14之線圈引線13、15之連接。在一說明性實施例中，終端夾持器22及24由一導電材料構成，且被成形為纏繞於該磁芯之三個邊緣，即磁芯半部分16及18之每一部分之一上邊緣或表面26、磁芯半部分16及18之每一部分之一下邊緣或表面28(圖2)、及磁芯半部分16及18之每一部分之一外側邊緣或側表面30。在一典型實施例中，下表面26及上表面28係大體上彼此平行，且側表面30大體上垂直於該等上表面及下表面26及28沿磁芯半部分16及18之每一部分之一弧延伸。每一終端夾持器22及24包括一上側面32、一下側面34、及一在上側面32及下側面34之間延伸之外部側面36，且該等側面32、34、36與磁芯半部分16、18之表面26、28、30相對應。

在一說明性實施例中，夾持器22及24包括大體上平坦且大體上為三角形之上側面32及下側面34，而外部側面36大體上係矩形。夾持器22及24之下側面34可以係表面黏著至一電路板(圖1中未示出)，而不影響總成10之整體高度H或深度D。因此與具有外部插頭總成以終止一金屬絲線圈之磁芯比較，提供一具有較矮外觀之元件。夾持器22之三角形側面32及34减少夾持器22及24中之材料用量，同時提供一用於表面黏著之足够區域及在磁芯半部分16、18上為線圈14之繞組提供足够空間。雖然咸信夾持器22及24之三角形側面32及34係有益的，但是應理解在沒有背離本發明之範圍的情形下，在替代實施例中可以使用夾持器22及24之其他幾何形狀及組態。

另外，雖然圖示終端夾持器22及24係在一關於磁芯半部分16、18之每一部分的近似中心之位置，但是在沒有背離本發明範圍的情形下，可以視需要將終端夾持器22及24置於磁芯半部分16、18上之其他位置。

終端夾持器22及24藉由取消使用傳統外部線圈終端元件，簡化自線圈14至磁芯12之連接。線圈之金屬絲引線13及15以一種已知方式(例如焊接)直接終止於各別夾持器22及24，夾持器22及24下側面34係表面黏著至一電路板以透過線圈14完成一電氣連接。如此，與已知環形磁芯及線圈總成比較，减少了磁芯及線圈總成10之材料成本及總成成本，從而减少了整體製造成本。當然，當在大量表面黏著應用中使用磁芯及線圈總成10時，此等成本尤其重要。

在另一實施例中，視需要，可以使用絕緣材料(圖1中未示出)來使終端與磁芯半部分16、18之每一部分上之夾持器22、24絕緣。視需要或根據特殊終用途應用所需，可以考慮與磁芯及總成10一起使用附加元件，諸如保護遮罩。舉例言之，可以使用此等遮罩及元件以包含使用中之磁芯及線圈總成之電磁場，且减少該場對周圍環境之影響。由於此等元件之細節被認為係熟習此項技術者習知範圍內，且通常超出了本發明之範圍，所以省略對於此等元件之進一步討論。

雖然該說明性實施例包括一繞組14及兩個連接至線圈14之各別引線13及15之引線終端夾持器22及24，但是在替代實施例中，可以考慮使用多於一個的繞組及多於兩個的終端夾持器，同時達成本發明之優點。舉例言之，可以與各自的終端夾持器對一起使用一主繞組及一次繞組，以促進該主繞組及該次繞組之引線的連接。在此一實施例中，藉由適當選擇該主繞組及該次繞組之匝數，舉例言之，可提供一具有减少之製造成本的升壓或降壓變壓器。應瞭解，視需要或若欲提供一用於特殊應用之合意的變壓器，可以使用在此既未描述又未圖示之附加元件。由於此等元件之細節被認為係在熟習此項技術者習知之範圍內，且通常超出了本發明之範圍，所以省略對於此等元件之進一步討論。

圖3係終端夾持器22之側面正視圖，顯示以"C"形組態排列之上側面32、下側面34及外側面26，其中該等上、下側面32及34大致相互平行延伸，該外側面36大致與該等上、下側面32及34垂直延伸。上、下側面32及34自外側面36之相對端部延伸並定義其間之一個通道40，其尺寸大小可容納磁芯12之外側面30(如圖1及圖2中所示)。在一實施例中，採用一導體材料薄片製造夾持器22，例如熟習此項技術者已知之一片狀金屬或金屬合金，使該片狀物彎曲、折疊或者按其他方式形成圖3中示出之形狀。換言之，使該薄片形成為包括一第一彎曲42及第二彎曲44，其各大致都為90°，且夾持器22之側面32、34及36大致扁平。在一實施例中，係在一與磁芯12不同之製造階段中預成型該等夾持器22，並且在另外總成製造階段中在磁芯12上提供該等夾持器22。

在一典型實施例中，夾持器24與夾持器22大體上以相同形狀製造，但在一替代性實施例中，可視需要使該等夾持器22及24具不同組態。

圖4說明附著在各別磁芯半部分16及18上之夾持器22及24。磁芯半部分16、18之外側邊緣30容納於在各別夾持器22及24之上側面32及下側面34之間的通道40。夾持器22及24之外側面36沿各別磁芯半部分16及18之外側面30延伸。夾持器22及24之側面32、34及36包圍磁芯半部分16及18，且封閉各別磁芯半部分16及18之一部分。在一典型實施例中，利用一黏著物將夾持器22及24之下側面34固定黏著到磁芯的下側面28，以將該等夾持器保持於相對於磁芯半部分16及18之位置。在替代性實施例中，可理解，夾持器之上側面32或外側面36可附著到磁芯半部分16及18，而非附著到下側面34，還可進一步考慮將該等夾持器22及24之一個以上之側面黏著到磁芯半部分16及18。當處於可能具有機械衝擊及振動之環境中，例如應用於車輛中時，咸信對夾持器22及24之捲繞可改良總成10之可靠性。

夾持器22及24之下側面34係平滑的，適合於表面黏著到電路板50。夾持器22及24之下側面34係電連接到電路板50之導電線(未示出)，且當金屬絲引線13及15(圖2)電連接到終端夾持器22及24時，可透過線圈14之繞組形成一電通路。

由於夾持器22及24之對稱成型，可考慮同樣將夾持器22及24之上側面32表面黏著到電路板50。如此，可避免於表面黏著程序中對總成10之磁芯半部分16及18之特殊操作(例如相對於電路板，下面朝上或顛倒位置)。但是視需要，於替代性實施例中，可免除夾持器22及24之上側面32及下側面34之一，此情況下，夾持器22及24需要一相對於電路板50之特定取向，以正確裝配。

圖5說明附著有終端夾持器22及24之磁芯半部分16及18之下側面28。夾持器22及24之下側面34在磁芯半部分16及18之下表面28上延伸，且在一典型實施例中，下側面34完全從磁芯半部分16及18之外側表面30延伸到磁芯半部分16及18之內側表面60。在一替代性實施例中，下側面34所延伸之距離可小於磁芯半部分16及18之內側表面60與外側表面28之距離。而且，夾持器22及24之下側面34呈三角形，大體上與上側面32(圖1)之尺寸及形狀相同，但在其他實施例中其可具不同尺寸及形狀。

磁芯半部分16及18以習知方式分隔開以在其間形成間隙20，且線圈14環繞磁芯半部分16及18。在纏繞線圈14之前或之後，可將終端夾持器22及24附著到各別磁芯半部分16及18，且可在夾持器22及24之一與磁芯半部分16及18之外側面之間，例如在磁芯之外側面30與夾持器22及24之外側面36之間(如圖1所示)，將線圈引線13及15(圖2)埋入、夾住、釘住或用其他方式保持。引線13及15之此機械保持力可防止在元件附近受到衝擊及振動時使引線13及15震鬆。例如可以一習知之焊接操作進一步將引線13、15終止到夾持器22及24，以在引線13、15與各別夾持器之間可靠地建立一電連接。然後將夾持器22及24黏著到電路板50以透過線圈14完成連接。

終端夾持器22及24可以低成本提供，並可簡單附著到磁芯半部分16及18以提供一方便、較矮外觀之電連接器。因此，較矮外觀之環形磁芯及線圈總成可具簡化之架構及降低之成本，且可較好經受包括衝擊及振動之惡劣操作環境。

圖6及圖7分別係根據本發明之在第一製造階段中的線圈終端夾持器100之俯平面視圖及一側面正視圖。例如可採用線圈終端夾持器100替代電子元件之磁芯及線圈總成之終端夾持器22、24(根據圖1至圖5之顯示及描述)。

與終端夾持器22及24類似，從一導體金屬或金屬合金將終端夾持器100成型為平面組態，其具有中心部102及從該中心部102之相對側面延伸之三角形端部104。但與終端夾持器22及24不同，該中心部102包括一在其中形成之線圈夾鉗部106，其從中心部102向外彎曲或突出。夾鉗部106可藉由一習知製程製成，該製程例如為打孔過程或為習知此項技術者所熟悉之其他技術。夾鉗部106定義一開口108(圖7)，其可容納並保持一線圈金屬絲引線，例如引線13、15(在圖2中示出)。如此，夾鉗部106可機械保持該線圈之金屬絲導體，並防止在高溫焊接操作中金屬絲引線與夾持器100之脫離。根據用來形成線圈之金屬絲直徑及焊接操作之溫度，該金屬絲可係半硬質，否則當焊劑係處於一液體狀態時，如果不提供夾鉗部106來保持金屬絲引線到位，則金屬絲會從夾持器100彈散開。

另外，如圖7及圖8所示，夾持器100包括黏著引脚110，其從端部104之末端向外突出。該等黏著引脚在其引線端上亦為三角形，並可用於將該終端夾持器增强固定到磁芯，例如以上顯示且描述之磁芯半部分16及18。

雖然在圖7及圖8中以一具體形狀顯示終端夾持器100，但是應理解在不同實施例中，中心部102、端部104、夾鉗部106及黏著引脚110可採用不同幾何形狀。換言之，在圖7及圖8中顯示之特定夾持器100僅係為示範意圖，且例如三角形之特殊組合未必包括在替代性實施例中。

圖8係在圖6及圖7中示出之處於第二製造階段之終端夾持器100之側面正視圖，其中將該等端部104焊接、彎曲或另外成型為成型線112(在圖6示出為虛線)，從而端部104從中心部102大體上垂直延伸，從而使夾持器100具一"C"形狀組態。在裝配時，三角端部104適合於表面黏著到電路板。

在該等端部104之間定義一通道114，其中當裝配夾持器100時，可在通道114中接收一磁芯半部分16、18之一部分。黏著引脚110之部分經折疊、彎曲或另外成型以從端部104延伸到通道114，從而當將夾持器100裝配到一磁芯半部分16、18時提供一彈性夾鉗效果。或者，黏著引脚110可在磁芯半部分16、18之內邊緣配合以將夾持器100固定到磁芯。

夾鉗部108從中心部106向外延伸，且當在由夾鉗部106形成之開口108中容納一線圈引線13或15(圖2)時，在焊接操作中將該線圈引線保持與夾持器100接觸，以確保可靠之電連接。

終端夾持器100可以低成本提供，並簡單地附著到磁芯半部分16及18以提供一方便、較矮外觀之電連接器。因此，較矮外觀之環形磁芯及線圈總成可具簡化之架構及降低之成本，且可較好經受包括衝擊及振動之惡劣操作環境。

雖然以各具體實施例方式描述本發明，但是熟習此項技術者可認識到實務中在申請專利範圍及精神之內可修改本發明。

10．．．線圈總成

12．．．磁芯

13．．．引線

14．．．線圈

15．．．引線

16．．．半部分

18．．．半部分

20．．．間隙

22．．．終端夾持器

24．．．終端夾持器

26．．．上表面

28．．．下表面

30．．．外側邊緣

32．．．上側面

34．．．下側面

36．．．外部側面

40．．．通道

42．．．第一彎曲

44．．．第二彎曲

50．．．電路板

60．．．內側表面

100．．．終端夾持器

102．．．中心部

104．．．三角形端部

106．．．夾鉗部

108．．．開口

110．．．黏著引脚

112．．．成型線

114．．．通道

圖1係依照本發明之一環形線圈及線圈總成一部分之俯視平面視圖。

圖2係圖1中所示之環形線圈及線圈總成之側面正視圖。

圖3係圖1及圖2中所示之總成之一終端夾持器之側面正視圖。

圖4係圖1及圖2中所示之總成之一部分之側面示意圖。

圖5係圖4中所示之總成之仰視平面視圖。

圖6係依照本發明之另一實施例之在第一製造階段時一終端夾持器之俯視平面視圖。

圖7係圖6中所示之終端夾持器之側面正視圖。

圖8係圖6及圖7中所示之終端夾持器在第二製造階段時之側面正視圖。

10．．．線圈總成

12．．．磁芯

14．．．線圈

16．．．半部分

18．．．半部分

20．．．間隙

22．．．終端夾持器

24．．．終端夾持器

26．．．上表面

30．．．外側邊緣

32．．．上側面

36．．．外部側面

Claims (23)

1. 一種適合於一表面黏著電子元件之磁芯總成，該磁芯總成包括：一磁芯，其包含一磁性可滲透材料、一上表面、一下表面及一連接該上表面及該下表面之外側表面；一金屬絲線圈，其纏繞該磁芯數匝；及至少一透過一彈性夾鉗效果附著到該磁芯之線圈終端夾持器，該至少一線圈終端夾持器在該上表面、該下表面及該外側表面上延伸，其中該金屬絲線圈係終止於該至少一線圈終端夾持器，且其中該至少一線圈終端夾持器界定一通向該金屬絲線圈之導電通路；其中該磁芯包含一環形部，該環形部具有一內表面，該內表面相對於該外側表面且同樣連接該上表面及該下表面，及其中該至少一線圈終端夾持器進一步包含環繞該內表面之尖頭黏著引腳。
2. 如請求項1之磁芯總成，其進一步包含配置在該下表面及該至少一線圈終端夾持器之間之環氧化物。
3. 如請求項1之磁芯總成，其中該磁芯包括一第一磁芯半部分、一第二磁芯半部分及其間之間隙，該至少一終端夾持器位於該第一磁芯半部分及該第二磁芯半部分之一上。
4. 如請求項1之磁芯總成，其中該至少一終端夾持器包括一 架構成用來黏著到一電路板之三角表面。
5. 如請求項1之磁芯總成，其中該至少一線圈終端夾持器捲繞該上表面、該下表面及該外側表面中之每一表面。
6. 如請求項1之磁芯總成，其中該至少一線圈終端夾持器包含一彎曲成一所需要形狀之片狀導體材料，其中該片狀導體材料包含：一面對該外側表面之矩形部；一第一漸縮部，其連接至該矩形部之一第一側，並面對該上表面；及一第二漸縮部，其連接至該矩形部之一第二側，並面對該下表面。
7. 如請求項6之磁芯總成，其中該矩形部係正方形。
8. 一種表面黏著電子元件，包括：一磁芯及磁芯總成，其包含：一環形鐵磁芯，其具有一上表面、一下表面、一連接該上表面及該下表面之外側表面及一相對該外側表面之內表面，該內表面連接該上表面及該下表面；至少一終端夾持器，其於該外表面上延伸，且藉由一夾鉗效果環繞該環形鐵磁芯，該至少一終端夾持器包含環繞該內表面之尖頭黏著引腳；及一環繞該磁芯之線圈，該線圈包括至少一引線，該至少一引線電耦接及機械性地耦接至該至少一終端夾持器，該終端夾持器與該磁芯表面結合並界定一通向該線圈之電流通路。
9. 如請求項8之表面黏著電子元件，其中該至少一終端夾持器包括一架構成用於表面黏著至一電路板之表面。
10. 如請求項9之表面黏著電子元件，其中該表面大體上係三角形狀。
11. 如請求項8之表面黏著電子元件，其中該至少一終端夾持器包含一金屬片體，該金屬片體經彎曲以大致與該外側表面、該上表面及該下表面相符，及其中該片體包含：一大致矩形部，其具有相對之第一側及第二側；一第一大致三角形部，其自該第一側延伸至一第一尖頭部；及一第二大致三角形部，其自該第二側延伸至一第二尖頭部。
12. 如請求項11之表面黏著電子元件，其中該至少一終端夾持器界定一通道，且其中該大致矩形部係正方形。
13. 如請求項12之表面黏著電子元件，其中該至少一終端夾持器包括一在其中形成之夾鉗部，該夾鉗部包括一架構成用來容納該至少一引線之開口。
14. 一種表面黏著電子元件，包括：一鐵磁芯，其包含一上表面、一下表面、一內側表面及一外側表面；一環繞該磁芯之導電線圈，該線圈包括至少一引線；及至少一導電終端夾持器，該至少一引線耦接至該至少 一終端夾持器，該至少一終端夾持器包括一片狀"C"形導體材料，配置用來表面黏著至一電路板，該片狀"C"形導體材料包含尖頭黏著引腳；其中一彈性夾鉗效果黏著該至少一終端夾持器，使其與該磁芯直接接觸，且完成一經由該至少一終端夾持器至該至少一導電線圈之電通路；及其中該尖頭黏著引腳環繞該磁芯之該內側表面。
15. 如請求項14之表面黏著電子元件，其中該磁芯包含一環形磁芯，且其中該片狀"C"形導體材料包圍該環形磁芯之一表面輪廓，並包圍入該環形磁芯之一中心孔。
16. 如請求項15之表面黏著電子元件，其中該環形磁芯包括一第一磁芯半部分、一第二磁芯半部分及一在該第一磁芯半部分及該第二磁芯半部分之間的間隙，且其中該片狀"C"形導體材料在兩彎曲之間具有一平面表面。
17. 如請求項14之表面黏著電子元件，其中該片狀"C"形導體材料定義一通道，且其中在該通道中容納該磁芯之一部分。
18. 如請求項14之表面黏著電子元件，其中該至少一終端夾持器包括至少一架構成用來表面黏著至一電路板之三角形表面，及其中該至少一三角形表面將該至少一終端夾持器固定至該磁芯。
19. 如請求項14之表面黏著電子元件，其中該元件係一電感器。
20. 如請求項14之表面黏著電子元件，其中該至少一終端夾持器定義一架構成用來容納該至少一引線之開口。
21. 一種適合於一表面黏著電子元件之磁芯總成，該磁芯總成包括：一磁性可滲透材料之磁芯，其包含一上表面、一下表面及一連接該上表面及該下表面之外側表面以及一連接該上表面及該下表面且與該外側表面相對之內側表面；一金屬絲線圈，其纏繞該磁芯數匝；及至少一線圈終端夾持器，其緊密地附著到該上表面、該下表面及該外側表面的至少其中之一；其中該至少一線圈終端夾持器包含環繞該內側表面之尖頭黏著引腳；及其中該金屬絲線圈係終止於該至少一線圈終端夾持器，且形成一通向該金屬絲線圈之電通路。
22. 如請求項21之磁芯總成，其中該磁芯包括一第一磁芯半部分、一第二磁芯半部分及位於該第一磁芯半部分及該第二磁芯半部分之間的間隙，且其中該至少一終端夾持器位於該第一磁芯半部分及該第二磁芯半部分之一上。
23. 如請求項21之磁芯總成，其中該至少一線圈終端夾持器捲繞該上表面、該下表面及該外側表面中之每一表面。